基于案例教學(xué)法的RFID 射頻識(shí)別技術(shù)課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

史添瑋 任玲

摘要：RFID 射頻識(shí)別技術(shù)作為應(yīng)用電子技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的核心課程，致力于培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、電氣自動(dòng)化等專業(yè)領(lǐng)域的高級(jí)應(yīng)用型技術(shù)人才。文章基于案例教學(xué)法，設(shè)計(jì)了一套系統(tǒng)完整的課程教學(xué)方案，以Mifare 射頻卡為典型案例，通過任務(wù)引領(lǐng)的項(xiàng)目活動(dòng)，使學(xué)生在實(shí)際操作中深入理解RFID 射頻識(shí)別技術(shù)的原理與應(yīng)用。通過詳細(xì)介紹課程的設(shè)計(jì)和實(shí)施步驟，為教師提供教學(xué)范例，以激發(fā)學(xué)生對(duì)RFID 技術(shù)的濃厚興趣。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)法；RFID 射頻識(shí)別技術(shù)課程；教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

中圖分類號(hào)：G42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）06-0124-03

RFID射頻識(shí)別技術(shù)課程是電子技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)、電氣自動(dòng)化等專業(yè)的核心課程，旨在構(gòu)建學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)基本理論知識(shí)基礎(chǔ)上的一體化學(xué)科體系[1]。通過深入學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論和傳感器與檢測(cè)技術(shù)，學(xué)生將獲得RFID射頻識(shí)別技術(shù)的基本知識(shí)和功能測(cè)試技能。本文以任務(wù)引領(lǐng)的項(xiàng)目活動(dòng)為主線，突破傳統(tǒng)學(xué)科體系，將實(shí)際項(xiàng)目作為教學(xué)案例，培養(yǎng)學(xué)生在RFID技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)上的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和維護(hù)能力。通過全面掌握RFID 射頻技術(shù)，學(xué)生將提高綜合素質(zhì)，提升學(xué)習(xí)新技術(shù)的能力，成為具備高級(jí)應(yīng)用型技術(shù)能力的專業(yè)人才。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式

傳統(tǒng)教學(xué)模式在許多學(xué)科中長(zhǎng)期占主導(dǎo)地位，其特點(diǎn)包括以教師為中心的知識(shí)傳遞、課堂上的單向講述和學(xué)生的被動(dòng)接受[2]。在RFID射頻識(shí)別技術(shù)這樣的專業(yè)核心課程中，傳統(tǒng)教學(xué)模式曾經(jīng)是主流的教學(xué)模式。傳統(tǒng)課堂主要以教材為依據(jù)，通過教師的講解和學(xué)生的聽講，傳遞RFID射頻技術(shù)的基本概念、原理和應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)教學(xué)模式存在一系列局限性，主要包括以下幾個(gè)方面：

1）傳統(tǒng)模式注重理論知識(shí)傳遞，缺乏實(shí)際案例和項(xiàng)目活動(dòng)的融入。這使學(xué)生難以將抽象的概念與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，降低了他們理解和掌握RFID技術(shù)的深度[3]。

2）傳統(tǒng)教學(xué)往往缺乏互動(dòng)性和實(shí)踐性。學(xué)生在被動(dòng)接受知識(shí)的同時(shí)，難以主動(dòng)參與問題的解決和實(shí)際操作，導(dǎo)致對(duì)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力相對(duì)薄弱。

3）由于RFID 射頻識(shí)別技術(shù)處于不斷發(fā)展的狀態(tài)，傳統(tǒng)教學(xué)模式的滯后性較為明顯，無法及時(shí)跟上行業(yè)的最新進(jìn)展，影響了學(xué)生對(duì)前沿技術(shù)的了解和應(yīng)用。

在面對(duì)這些挑戰(zhàn)的同時(shí)，課程的更新迫切需要一種更具活力和實(shí)用性的教學(xué)方法。因此，本課程選擇引入案例教學(xué)法，以期通過實(shí)際項(xiàng)目和任務(wù)引領(lǐng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們?cè)赗FID射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用能力。這一轉(zhuǎn)變不僅僅使課程更貼近實(shí)際需求，更能夠培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、問題解決和創(chuàng)新思維能力，使其能更好地應(yīng)對(duì)未來職業(yè)發(fā)展的挑戰(zhàn)。

2 案例教學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)

案例教學(xué)法作為一種創(chuàng)新的教學(xué)方法，在RFID 射頻識(shí)別技術(shù)課程中具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，為學(xué)生提供了更為深入和實(shí)際的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

1）案例教學(xué)法注重實(shí)際應(yīng)用，使抽象的理論知識(shí)更具體、更有深度。通過真實(shí)案例的引導(dǎo)，學(xué)生將能夠更好地理解RFID技術(shù)在實(shí)際項(xiàng)目中的運(yùn)用，從而更容易將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合。這種實(shí)踐性的學(xué)習(xí)方式有助于提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，使他們更具實(shí)際應(yīng)用能力。

2）案例教學(xué)法強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與和合作，培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通技能[4]。在解決真實(shí)案例的過程中，學(xué)生需要共同思考、討論，形成合理的解決方案。這種合作學(xué)習(xí)的過程有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，提高他們?cè)趯?shí)際項(xiàng)目中的合作能力。

3）案例教學(xué)法還注重問題導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力。學(xué)生在分析案例時(shí)需要面對(duì)各種問題，這有助于激發(fā)他們主動(dòng)探究的興趣，培養(yǎng)獨(dú)立思考和解決問題的能力。這種問題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式符合RFID 技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)θ瞬啪C合素質(zhì)的需求，使學(xué)生具有處理實(shí)際問題的能力。此外，案例教學(xué)法突破了傳統(tǒng)教學(xué)的界限，更好地適應(yīng)了科技領(lǐng)域的快速發(fā)展。由于RFID射頻識(shí)別技術(shù)是一個(gè)不斷發(fā)展的領(lǐng)域，案例教學(xué)法能夠及時(shí)引入最新的案例和應(yīng)用，確保學(xué)生了解最前沿的技術(shù)動(dòng)態(tài)。

3 案例的設(shè)計(jì)

課程案例的設(shè)計(jì)不僅要滿足教學(xué)過程中演示的需要，同時(shí)要預(yù)留一部分工作給學(xué)生，讓學(xué)生在課后學(xué)習(xí)，加深對(duì)知識(shí)理論的理解[5]。所以，要求所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目規(guī)模不能太大，同時(shí)能夠覆蓋全部教學(xué)知識(shí)點(diǎn)。

3.1 課程案例的選擇

在RFID射頻識(shí)別技術(shù)課程設(shè)計(jì)中，Mifare射頻卡的基本操作被精心選擇作為教學(xué)案例，這一選擇源于Mifare射頻卡在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的普遍性和重要性。作為一種典型的RFID技術(shù)應(yīng)用，Mifare射頻卡廣泛運(yùn)用于門禁系統(tǒng)、支付系統(tǒng)等關(guān)鍵領(lǐng)域，其實(shí)際應(yīng)用背景和產(chǎn)業(yè)需求的廣泛性使其成為理想的案例。通過Mifare 射頻卡的案例教學(xué)，課程旨在讓學(xué)生掌握射頻卡的基本概念、工作原理以及其在不同實(shí)際場(chǎng)景中的廣泛應(yīng)用。

這一案例選擇的核心目標(biāo)在于為學(xué)生提供一個(gè)具有真實(shí)背景和實(shí)際需求的學(xué)習(xí)平臺(tái)。學(xué)生通過深入研究Mifare射頻卡，不僅能夠獲得RFID技術(shù)的理論知識(shí)，還能直接將這些知識(shí)應(yīng)用于具體項(xiàng)目中。這樣的學(xué)習(xí)方式有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)RFID技術(shù)的實(shí)際操作能力，更好地理解PFID系統(tǒng)組成，如圖1所示。

3.2 課程案例的設(shè)計(jì)

在RFID射頻識(shí)別技術(shù)課程的案例設(shè)計(jì)中，通過三個(gè)明確定義的任務(wù)，學(xué)生將被引導(dǎo)，逐步深入了解和應(yīng)用Mifare射頻卡技術(shù)。

1）通過“認(rèn)識(shí)Mifare射頻卡”的任務(wù)，學(xué)生將進(jìn)行系統(tǒng)性學(xué)習(xí)，深入了解射頻卡的基本概念，不僅包括Mifare射頻卡的工作原理，還包括其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)原理等方面的知識(shí)。學(xué)生將通過相關(guān)學(xué)習(xí)建立起射頻卡技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

2）學(xué)生將參與“系統(tǒng)軟件基本操作”的任務(wù)，學(xué)會(huì)使用與Mifare射頻卡相關(guān)的軟件進(jìn)行操作，包括射頻卡的配置和管理，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際項(xiàng)目中操作射頻卡系統(tǒng)所需的技能。通過這一任務(wù)，學(xué)生將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用能力，為日后的項(xiàng)目實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。

3）在“Mifare射頻卡與閱讀器通信”的任務(wù)中，學(xué)生將通過實(shí)際操作掌握射頻卡與閱讀器之間的通信過程。這一任務(wù)注重實(shí)踐，使學(xué)生親身體驗(yàn)射頻卡與閱讀器之間的交互，并學(xué)會(huì)解決可能出現(xiàn)的通信問題。通過這一環(huán)節(jié)，學(xué)生將獲得更深層次的實(shí)際操作技能，為將來參與類似項(xiàng)目提供了有力支持。

這樣的設(shè)計(jì)理念旨在通過有機(jī)連接的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入學(xué)習(xí)與實(shí)踐，不僅全面理解RFID技術(shù)的理論知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)其在實(shí)際操作中的應(yīng)用技能。

4 案例的教學(xué)實(shí)施

4.1 深入了解Mifare 射頻卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)控制

教學(xué)將以演示為切入點(diǎn)，通過展示Mifare射頻卡的實(shí)際結(jié)構(gòu)，如圖2所示，向?qū)W生直觀展示卡內(nèi)部的組成部分。教師將重點(diǎn)說明各個(gè)存儲(chǔ)區(qū)的作用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及存取控制功能的原理。

接下來，通過集體討論，學(xué)生將有機(jī)會(huì)分享對(duì)演示的觀察和理解。教師將引導(dǎo)學(xué)生提出問題、分享觀點(diǎn)，以促進(jìn)對(duì)Mifare射頻卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)的深入思考。這個(gè)環(huán)節(jié)旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)他們?cè)诿鎸?duì)新知識(shí)時(shí)提出問題和尋找解決方案的能力。為進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，接下來的活動(dòng)將是自主組裝電路。學(xué)生將親自動(dòng)手組裝一個(gè)模擬Mifare射頻卡的電路，通過實(shí)際操作了解電路的連接和相互關(guān)系。這種實(shí)踐性的學(xué)習(xí)方式能夠使學(xué)生更加深刻地理解Mifare 射頻卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)其實(shí)際操作能力。

教學(xué)將以教師的總結(jié)作為結(jié)束，教師概括整個(gè)學(xué)習(xí)過程中的重要知識(shí)點(diǎn)，對(duì)Mifare射頻卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取控制功能原理進(jìn)行歸納總結(jié)。這一環(huán)節(jié)將幫助學(xué)生理清知識(shí)體系，確保他們對(duì)Mifare射頻卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理有一個(gè)全面且深入的認(rèn)識(shí)。

4.2 實(shí)踐操作Mifare 射頻卡基本功能

這一步教學(xué)的重心是引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)踐操作，掌握Mifare射頻卡的基本功能，包括下載測(cè)試程序、一鍵辦卡、讀卡、充值、扣款以及改密等基本操作。教師通過演示下載測(cè)試程序到閱讀器單片機(jī)模塊的過程，為學(xué)生提供實(shí)際的操作場(chǎng)景。教師將重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)每一步驟的重要性和操作注意事項(xiàng)，確保學(xué)生能夠理解并模仿進(jìn)行實(shí)際操作。接下來，學(xué)生將分小組自主完成軟件操作。每個(gè)小組需要依次掌握Mifare射頻卡的一鍵辦卡、讀卡、充值、扣款以及改密等操作。這個(gè)環(huán)節(jié)旨在通過實(shí)際操作，提高學(xué)生對(duì)Mifare射頻卡基本功能的熟悉程度，培養(yǎng)他們?cè)趯?shí)際項(xiàng)目中操作射頻卡系統(tǒng)的能力。

教師將在小組自主完成操作的過程中進(jìn)行指導(dǎo)，解析測(cè)試?yán)?，講解射頻卡基本操作的流程。這一環(huán)節(jié)不僅有助于學(xué)生理解每個(gè)操作步驟的目的，還能夠解決在操作中可能遇到的問題，提高學(xué)生自主解決問題的能力。最后，通過集體討論，學(xué)生可以分享各小組的操作心得和體會(huì)，教師將在集體討論中對(duì)學(xué)生提出的問題進(jìn)行分析和解答，確保所有學(xué)生都能夠全面理解Mifare射頻卡基本操作的過程。

4.3 實(shí)戰(zhàn)操作Mifare 射頻卡與閱讀器的通信流程

教學(xué)的著眼點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)戰(zhàn)操作，深入理解Mifare射頻卡與閱讀器的基本通信流程。這一步驟包括流程圖展示、小組自主編程、教師指導(dǎo)以及集體討論等環(huán)節(jié)，使學(xué)生掌握在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)選卡、充值扣款和改密等操作的編程技能。

教學(xué)將以流程圖展示為切入點(diǎn)，通過圖形方式清晰地展示Mifare射頻卡與閱讀器之間的基本通信流程。流程圖將涵蓋選卡操作、充值扣款操作和改密操作的關(guān)鍵步驟，為學(xué)生提供一個(gè)直觀的視覺指導(dǎo)。接下來，學(xué)生將分小組自主編程，根據(jù)基本通信流程圖完善相應(yīng)的程序。這個(gè)環(huán)節(jié)旨在通過實(shí)際編程操作，鍛煉學(xué)生在嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用能力，培養(yǎng)他們?cè)趯?shí)際項(xiàng)目中進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和調(diào)試的能力。

在小組自主編程過程中，教師將提供指導(dǎo)，點(diǎn)評(píng)各小組的設(shè)計(jì)，并評(píng)選出優(yōu)秀的設(shè)計(jì)。教師將講解設(shè)計(jì)思路，幫助學(xué)生更好地理解程序的關(guān)鍵之處，解答學(xué)生在編程過程中可能遇到的問題，促使學(xué)生在實(shí)踐中不斷提高。最后，通過集體討論，學(xué)生可以分享各小組的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和遇到的挑戰(zhàn)，教師將對(duì)一些通用問題進(jìn)行講解，確保全體學(xué)生對(duì)Mifare射頻卡與閱讀器通信流程的理解更加深刻。

4.4 深化學(xué)習(xí)，拓展知識(shí)領(lǐng)域

教師還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生通過課后任務(wù)，拓展對(duì)Mifare 射頻卡的主要操作代碼和RFID系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全保護(hù)案例的學(xué)習(xí)，以深化學(xué)生對(duì)RFID 射頻識(shí)別技術(shù)的認(rèn)識(shí)。

1）學(xué)生通過查閱Mifare射頻卡的主要操作代碼，深入了解卡的編程語言和代碼結(jié)構(gòu)，以增進(jìn)對(duì)卡操作原理和實(shí)現(xiàn)方式的理解。通過實(shí)際代碼的學(xué)習(xí)，學(xué)生將更好地掌握Mifare射頻卡的底層操作，為將來的項(xiàng)目開發(fā)積累更多的編程經(jīng)驗(yàn)。

2）學(xué)生查找RFID系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全保護(hù)案例，了解RFID系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中可能面臨的安全挑戰(zhàn)以及相應(yīng)的解決方案。這一任務(wù)旨在幫助學(xué)生理解如何在設(shè)計(jì)和應(yīng)用RFID系統(tǒng)時(shí)保證數(shù)據(jù)的安全性，以應(yīng)對(duì)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

在這一步驟中，通過查閱文獻(xiàn)、技術(shù)手冊(cè)和相關(guān)案例，學(xué)生將自主獲取信息，提高信息檢索和分析的能力。這種主動(dòng)學(xué)習(xí)的方式不僅有助于學(xué)生鞏固課堂所學(xué)知識(shí)，還能讓他們深入了解Mifare 射頻卡和RFID系統(tǒng)的更多細(xì)節(jié)和應(yīng)用場(chǎng)景。

5 結(jié)語

通過對(duì)教學(xué)實(shí)施過程的詳細(xì)介紹，本文強(qiáng)調(diào)了案例設(shè)計(jì)的合理性、實(shí)踐操作的重要性以及學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的價(jià)值。這種綜合教學(xué)模式不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更培養(yǎng)了他們?cè)趯?shí)際項(xiàng)目中獨(dú)立思考、合作解決問題的能力。

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【通聯(lián)編輯：張薇】